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磁珠的原理
磁珠有很高的电阻率和磁导率,他等效于电阻和电感串串串联,但电阻值和电感串串值都随频率变化。
他比普通的电感串串有更好的高频滤波特性,在高频时呈现阻性,所以能在相当宽的频率范围内保持较高的阻*,从而*调频滤波效果。
作为电源滤波,可以使用电感串串。磁珠的电路*号就是电感串串,但是型号上可以看出使用的是磁珠。在电路功能上,磁珠和电感串串是原理相同的,只是频率特性不同罢了.
磁珠由氧磁体组成,电感串串由磁心和线圈组成,磁珠把交流信号转化为热能,电感串串把交流存储起来,缓慢的释放出去。
磁珠对高频信号才有较大阻碍作用,一般规格有100欧/100mMHZ ,它在低频时电阻比电感串串小得多。
铁氧体磁珠 (Ferrite Bead) 是目前应用发展很快的一种*干扰组件,廉价、易用,滤除高频噪声效果显著。
在电路中只要导线穿过它即可(我用的都是象普通电阻模样的,导线已穿过并胶合,也有表面贴装的形式,但很*到卖的)。当导线中电流穿过时,铁氧体对低频电流几乎没有什么阻*,而对较高频率的电流会产生较大衰减作用。高频电流在其中以热量形式散发,其等效电路为一个电感串串和一个电阻串联,两个组件的值都与磁珠的长度成比例。磁珠种类很多,制造商应提供技术指标说明,*是磁珠的阻*与频率关系的曲线。
有的磁珠上有多个孔洞,用导线穿过可增加组件阻*(穿过磁珠次数的平方),不过在高频时所增加的抑制噪声能力不可能如预期的多,而用多串联几个磁珠的办*好些。
铁氧体是磁性材料,会因通过电流过大而产生磁饱和,导磁率急剧下降。大电流滤波应采用结构上专门设计的磁珠,还要注意其散热措施。
铁氧体磁珠不*可用于电源电路中滤除高频噪声(可用于直流和交流输出),还可广泛应用于其它电路,其体积可以做得很小。*是在数字电路中,由于脉冲信号含有频率很高的高次谐波,也是电路高频辐射的主要*,所以可在这种场合发挥磁珠的作用。
铁氧体磁珠还广泛应用于信号电缆的噪声滤除。
以常用于电源滤波的HH-1H3216-500为例,其型号各字段含义依次为:
HH 是其一个系列,主要用于电源滤波,用于信号线是HB系列;
1 表示一个组件封装了一个磁珠,若为4则是并排封装四个的;
H 表示组成物质,H、C、M为中频应用(50-200MHz),
T低频应用(50MHz),S高频应用(200MHz);
3216 封装尺寸,长3.2mm,宽1.6mm,即1206封装;
500 阻*(一般为100MHz时),50 ohm。
其产品参数主要有三项:
阻*[Z]@100MHz (ohm) : T*ical 50, Minimum 37;
直流电阻DC Resistance (m ohm): Maximum 20;
额定电流Rated Current (mA): 2500.
磁珠的原理
磁珠的主要原料为铁氧体。铁氧体是一种立方晶格结构的亚铁磁性材料。铁氧体材料为铁镁合金或铁镍合金,它的制造工艺和机械性能与陶瓷相似,颜色为灰黑色。电磁干扰滤波器中经常使用的一类磁芯就是铁氧体材料,许多厂商都提供专门用于电磁干扰抑制的铁氧体材料。这种材料的特点是高频损耗*大,具有很高的导磁率,他可以是电感串串的线圈绕组之间在高频高阻的情况下产生的电容*小。对于抑制电磁干扰用的铁氧体,*重要的性能参数为磁导率u和饱和磁通密度Bs。磁导率u可以表示为复数,实数部分构成电感串串,虚数部分代表损耗,随着频率的增加而增加。因此,它的等效电路为由电感串串L和电阻R组成的串联电路,L和R都是频率的函数。当导线穿过这种铁氧体磁芯时,所构成的电感串串阻*在形式上是随着频率的升高而增加,但是在不同频率时其机理是*不同的。
在低频段,阻*由电感串串的感*构成,低频时R很小,磁芯的磁导率较高,因此电感串串量较大,L起主要作用,电磁干扰被反射而受到抑制,并且这时磁芯的损耗较小,整个器件是一个低损耗、高Q特性的电感串串,这种电感串串容易造成谐振。因此在低频段,有时可能出现使用铁氧体磁珠后干扰增强的现象。
在高频段,阻*由电阻成分构成,随着频率升高,磁芯的磁导率降低,导致电感串串的电感串串量减小,感*成分减小 。但是 ,这时磁芯的损耗增加,电阻成分增加,导致总的阻*增加,当高频信号通过铁氧体时,电磁干扰被吸收并转换成热能的形式耗散掉。
铁氧体抑制元件广泛应用于印制电路板、电源线和数据线上。如在印制板的电源线入口端加上铁氧体抑制元件,就可以滤除高频干扰。铁氧体磁环或磁珠*于抑制信号线、电源线上的高频干扰和*干扰,它也具有吸收静电放电脉冲干扰的能力。
两个元件的数值大小与磁珠的长度成正比,而且磁珠的长度对抑制效果有明显影响,磁珠长度越长抑制效果越好。
一.电感的作用
基本作用:滤波、振荡、延迟、陷波等
形象说法:“通直流,阻交流”
细*说:在电子线路中,电感线圈对交流有限流作用,它与电阻器或电容器能组成高通或低通滤波器、移相电路及谐振电路等;变压器可以进行交流耦合、变压、变流和阻*变换等。
由感*XL=2πfL 知电感L越大,频率f越高,感*就越大。该电感器两端电压的大小与电感L成正比,还与电流变化速度i/t 成正比,这关系也可用下式表示:
电感线圈也是一个储能元件,它以磁的形式储存电能,储存的电能大小可用下式表示:WL=1/2 Li2 。
可见,线圈电感量越大,流过越大,储存的电能也就越多。
电感在电路*常见的作用就是与电容一起,组成LC滤波电路。我们已经知道,电容具有“阻直流,通交流”的本领,而电感则有“通直流,阻交流”的功能。如果把伴有许多干扰信号的直流电通过LC滤波电路(如图),那么,交流干扰信号将被电容变成热能消耗掉;变得比较纯净的直流电流通过电感时,其中的交流干扰信号也被变成磁感和热能,频率较高的*容易被电感阻*,这就可以抑制较高频率的干扰信号。
变成磁感和热能,频率较高的*容易被电感阻*,这就可以抑制较高频率的干扰信号。
LC滤波电路
在线路板电源部分的电感一般是由线径*粗的漆包线环绕在涂有各种颜色的圆形磁芯上。而且附近一般有几个高大的滤波铝电解电容,这二者组成的就是上述的 LC滤波电路。另外,线路板还大量采用“蛇行线+贴片钽电容”来组成LC电路,因为蛇行线在电路板上来回折行,也可以看作一个小电感。
二、 电感的主要特性参数
2.1 电感量L
电感量L表示线圈本身固有特性,与电流大小无关。除专门的电感线圈(色码电感)外,电感量一般不专门标注在线圈上,而以特定的名称标注。
2.2 感*XL
电感线圈对交流电流阻碍作用的大小称感*XL,单位是欧姆。它与电感量L和交流电频率f的关系为XL=2πfL
2.3 品质因素Q
品质因素Q是表示线圈质量的一个物理量,Q为感*XL与其等效的电阻的比值,即:Q=XL/R。线圈的Q值愈高,回路的损耗愈小。线圈的Q值与导线的直流电阻,骨架的介质损耗,屏蔽罩或铁芯引起的损耗,高频趋肤效应的影响等因素有关。线圈的Q值通常为几十到几百。采用磁芯线圈,多股粗线圈均可*线圈的Q值。
2.4 分布电容
线圈的匝与匝间、线圈与屏蔽罩间、线圈与底版间存在的电容被称为分布电容。分布电容的存在使线圈的Q值减小,稳定性变差,因而线圈的分布电容越小越好。采用分段绕法可减少分布电容。
2.5 允许误差:电感量实际值与标称之差除以标称值所得的百分数。
2.6 标称电流:指线圈允许通过的电流大小,通常用字母A、B、C、D、E分别表示,标称电流值为50mA 、150mA 、300mA 、700mA 、1600mA 。
三、常用电感线圈
3.1 单层线圈
单层线圈是用*缘导线一圈挨一圈地绕在纸筒或胶木骨架上。如晶体管收音机中波天线线圈。
3.2 蜂房式线圈
如果所绕制的线圈,其平面不与旋转面平行,而是相交成*的角度,这种线圈称为蜂房式线圈。而其旋转一周,导线来回弯折的次数,常称为折点数。蜂房式绕法的优点是体积小,分布电容小,而且电感量大。蜂房式线圈都是利用蜂房绕线机来绕制,折点越多,分布电容越小
3.3 铁氧体磁芯和铁粉芯线圈
线圈的电感量大小与有无磁芯有关。在空芯线圈中*铁氧体磁芯,可增加电感量和*线圈的品质因素。
3.4 铜芯线圈
铜芯线圈在*短波范围应用较多,利用旋动铜芯在线圈中的位置来改变电感量,这种调整比较方便、耐用。
3.5 色码电感线圈
是一种高频电感线圈,它是在磁芯上绕上一些漆包线后再用环氧树脂或塑料封装而成。它的工作频率为10KHz至200MHz,电感量一般在0.1uH到3300uH之间。色码电感器是具有固定电感量的电感器,其电感量标志方法同电阻一样以色环来标记。其单位为uH。
3.6 阻流圈(扼流圈)
限制交流电通过的线圈称阻流圈,分高频阻流圈和低频阻流圈。
3.7 偏转线圈
偏转线圈是电视机扫描电路输出级的负载,偏转线圈要求:偏转灵敏度高、磁场均匀、Q值高、体积小、价格低。
四、 电感的型号、规格及命名。
国内外有众多的电感生产厂家,其中*厂家有SAMUNG、PHI、TDK、*X、VISHAY、NEC、KEMET、ROHM等。
5.1 片状电感
电感量:10NH~1MH
材料:铁氧体 绕线型 陶瓷叠层
精度: J=&plu*n;5% K=&plu*n;10% M=&plu*n;20%
尺寸:008=2.5mm*2.0mm 1210=3.2mm*2.5mm
个别示意图: 贴片绕线电感 贴片叠层电感
5.2 功率电感
电感量:1NH~20MH
带屏蔽、不带屏蔽
尺寸:SMD43、SMD54、SMD73、SMD75、SMD104、SMD105;RH73/RH74/RH104R/RH105R/RH124;CD43/54/73/75/104/105;
个别示意图: 贴片功率电感 屏蔽式功率电感
5.3 片状磁珠
种类:CBG(普通型) 阻*:5Ω~3KΩ
CBH(大电流) 阻*:30Ω~120Ω
CBY(*型) 阻*:5Ω~2KΩ
个别示意图: 贴片磁珠 贴片大电流磁珠
规格:0402/0603/0805/1206/1210/1806(贴片磁珠)
规格:S*302520/S*403025/S*853025(贴片大电流磁珠)
5.4 插件磁珠
规格:RH3.5
5.5 色环电感
电感量:0.1uH~22MH
尺寸:0204、0307、0410、0512
豆形电感:0.1uH~22MH
尺寸:0405、0606、0607、0909、0910
精度:J=&plu*n;5% K=&plu*n;10% M=&plu*n;20%
精度:J=&plu*n;5% K=&plu*n;10% M=&plu*n;20%
插件的色环电感 读法:同色环电阻的标示
5.6 立式电感
电感量:0.1uH~3MH
规格:PK0455/PK0608/PK0810/PK0912
5.7轴向滤波电感
规格:LGC0410/LGC0513/LGC0616/LGC1019
电感量:0.1uH-10mH。
额定电流:65mA~10A。
Q值高,价位一般较低,自谐振频率高。
5.8 磁环电感
规格:TC3026/TC3726/T*426/TC5026
尺寸(单位mm):3.25~15.88
5.9 空气芯电感
空气芯电感为了取得较大的电感值,往往要用较多的漆包线绕成,而为了减少电感本身的线路电阻对直流电流的影响,要采用线径较粗的漆包线。但在一些体积较少的产品中,采用很重很大的空气芯电感不太现实,不但增加成本,而且限制了产品的体积。为了*电感值而保持较轻的重量,我们可以在空气芯电感中*磁心、铁心,*电感的自感能力,借此*电感值。目前,在计算机中,*大部分是磁心电感。
五、 常见的磁芯磁环
铁粉芯系列
材质有:-2材(红/透明)、-8材(黄/红)、-18材(绿/红)、-26材(黄/白)、-28材(灰/绿)、-33材(灰/黄)、-38材(灰/ 黑)、-40材(绿/黄)、-45材(黑色)、-52材(绿/蓝);尺寸:外径大小从30到400D(注解:外径从7.8mm到102mm)。
铁硅铝系列
主要u值有:60、75、90、125;尺寸:外径大小从3.5mm到77.8mm。
两种产品的规格除了主要的环形外,另有E形,棒形等,还可以根据客户提供的各项参数定做。它们广泛应用于计算机主机板,计算机电源,电源供应器,手机充电器,灯饰变压调光器,不间断电源(UPS),各种家用电器控制板等。
六、电感在使用过程中要注意的事项
8.1电感使用的场合
潮湿与干燥、环境温度的高低、高频或低频环境、要让电感表现的是感性,还是阻*特性等,都要注意。
8.2电感的频率特性
在低频时,电感一般呈现电感特性,既只起蓄能,滤高频的特性。
但在高频时,它的阻*特性表现的很明显。有耗能发热,感性效应降低等现象。不同的电感的高频特性*一样。
下面就铁氧体材料的电感加以解说:
铁氧体材料是铁镁合金或铁镍合金,这种材料具有很高的导磁率,他可以是电感的线圈绕组之间在高频高阻的情况下产生的电容*小。铁氧体材料通常在高频情况下应用,因为在低频时他们主要程电感特性,使得线上的损耗很小。在高频情况下,他们主要呈电*特性比并且随频率改变。实际应用中,铁氧体材料是作为射频电路的高频衰减器使用的。实际上,铁氧体较好的等效于电阻以及电感的并联,低频下电阻被电感短路,高频下电感阻*变得相当高,以至于电流*通过电阻。铁氧体是一个消耗装置,高频能量在上面转化为热能,这是由他的电阻特性决定的。
8.3 电感设计要承受的*大电流,及相应的发热情况。
8.4 使用磁环时,对照上面的磁环部分,找出对应的L值,对应材料的使用范围。
8.5注意导线(漆包线、纱包或裸导线),常用的漆包线。要找出*适合的线经。